CN103539999A - 一种增强复合带及其复合带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强复合带及其复合带的制备方法，属于玻璃纤维增强材料领域。一种增强复合带，其是由玻璃纤维、活化剂和聚合物为原料复合而成，其制备方法包括：对玻璃纤维进行预处理的步骤、对玻璃纤维表面进行活化的步骤、烘干、复合成型的步骤。本发明增强复合带采用包覆有活化剂的玻璃纤维与聚合物进行复合、进而拉制成复合带，具有耐腐蚀、拉伸强度高、质量轻等优点；本发明复合带可以用作捆扎带，也可将此增强复合带缠绕在管道上，解决了钢丝、钢带缠绕带来的腐蚀问题和管体重量大等问题；将本发明增强复合带缠绕在管道上，玻璃纤维束的间距均匀，纤维拉力均匀，增强效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维增强材料领域，具体涉及一种增强复合带及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维是热塑性增强塑料的主要原材料之一，经过玻纤增强后的热塑性增强塑料弹性模量高、强度高、热变形温度高、尺寸稳定性好，应用范围很广。玻璃纤维根据成分不同分为无碱纤维、中碱纤维和高碱纤维。无碱玻璃纤维因其化学稳定性好、拉伸强度高，常被用作增强材料。
玻璃纤维作为增强材料直接缠绕在管材上形成的复合管已经有了广泛应用，但这种复合管材中玻璃纤维与聚合物基体结合效果不好，并且玻璃纤维的间距不均匀，不同纤维束之间的拉力不均匀，影响增强效果。将玻璃纤维与聚合物共混得到的复合材料，虽然增强了聚合物的刚性和强度，但此复合材料中玻璃纤维并非连续的长纤维，没有将玻璃纤维的拉伸强度等力学性能充分发挥出来，对聚合物强度增强的效果不理想。现有的钢丝、钢带缠绕连续增强复合管广泛应用于油田的运输管道，市政给水，排水，其他液体、气体运输管线，但是钢丝、钢带缠绕连续增强复合管存在容易被腐蚀和管体重量大等问题，给运输带来很大困难，增加了成本。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种增强复合带及其该复合带的制备方法，该复合带采用活化剂对连续的玻璃纤维进行表面处理，将处理后的玻璃纤维与聚合物进行复合，拉制成复合带，该复合带具有聚合物耐腐蚀、拉伸强度高、质量轻等优点。
本发明任务之一是提供一种增强复合带，其技术方案包括：
一种增强复合带，其是由玻璃纤维、活化剂和聚合物为原料复合而成，所述复合带可承受拉力为2500-20000N，所述玻璃纤维拉力保留率为70%～80%。
优选地，上述聚合物为聚乙烯、聚丙烯和聚酰胺。
本发明任务之二是提供上述增强复合带的制备方法，其包括以下步骤：
a、对玻璃纤维进行预处理：选用恒张力器对多根玻璃纤维进行处理，使得每根玻璃纤维的张紧度保持一致；
b、对玻璃纤维表面进行活化：将步骤a中预处理后的玻璃纤维经过放置有活化剂的溶液槽进行浸润，使其表面均匀包覆有活化剂；
c、烘干：步骤b中包覆有活化剂的玻璃纤维通过烘干器进行烘干；
d、复合成型：步骤c中烘干后的包覆有活化剂的玻璃纤维进入复合模具，挤出机将聚合物熔融挤出并进入复合模具，在复合模具中所述聚合物包覆在带有活化剂的玻璃纤维上，然后经过冷却、牵引、卷取成卷，得到成品增强复合带。
作为本发明的一个优选方案，上述每根玻璃纤维其拉伸强度为1000～2000MPa、其直径为9-24μm。
作为本发明的另一个优选方案，上述步骤b中的活化剂为硅烷偶联剂，活化温度为50℃，浸润时间为20min。
上述步骤c中烘干温度为120℃，烘干时间为20min。
用于制备上述增强复合带的装置，所述装置包括：纤维输出机构、表面处理机构和复合成型机构；
所述纤维输出机构包括锭子架和恒张力器，所述恒张力器位于锭子架的后方；
所述表面处理机构包括溶液槽和烘干器，所述玻璃纤维经过恒张力器后进入溶液槽中，所述溶液槽的后方连接烘干器；
所述复合成型机构包括复合模具、挤出机、冷却定型器、牵引机和卷取机，所述复合模具位于烘干器的后方，所述复合模具的侧端连接挤出机，烘干后的玻璃纤维与来自挤出机的熔融聚合物复合成型，所述复合模具的后方连接冷却定型器，用于将复合成型的玻璃纤维聚合物复合进行冷却定型，所述冷却定型器的后方连接有牵引机，所述牵引机提供整套装置的牵引力，所述牵引机后方连接卷取机，所述卷取机将冷却成型的复合带卷曲成卷。
用于制备上述增强复合带的装置，所述锭子架位于整套生产设备的开端，锭子架上可以放置多个玻璃纤维锭子。
优选的，上述溶液槽与恒张力器之间设置有托辊，溶液槽与烘干器之间、烘干器与复合模具之间设置有导辊。
上述溶液槽内设置有多个并排的滚轮，玻璃纤维可以在所述滚轮上依次通过。
上述溶液槽周围设置有加热器和温度控制器。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种增强复合带及其该复合带的制备方法，与现有技术相比，该复合带采用包覆有活化剂的玻璃纤维与聚合物进行复合、进而拉制成复合带，本发明复合带具有聚合物耐腐蚀的优点，还具有很高的拉伸强度，并且质量很轻；此复合带因其具有很高的拉伸强度可以用作捆扎带，也可将此玻璃纤维聚合物复合带缠绕在管道上，解决了钢丝、钢带缠绕带来的腐蚀问题和管体重量大等问题；将本发明增强复合带缠绕在管道上，玻璃纤维束的间距均匀，纤维拉力均匀，增强效果明显。
溶液槽内有设置有多个并排的滚轮，玻璃纤维可以在滚轮上依次通过，这样大大缩短了溶液槽的长度，节约了空间和成本，溶液槽内盛有活化剂，当玻璃纤维通过溶液槽时，可以和活化剂充分接触，使玻璃纤维表面活化；复合模具将处理好玻璃纤维与来自挤出机的熔融聚合物复合成型，并且复合模具可以控制复合带的宽度及厚度。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步清楚、完整的说明：
图1为本发明增强复合带截面示意图；
图2为本发明增强复合带俯视图；
图3为本发明制备增强复合带装置示意图；
图3中，1、锭子架，2、恒张力器，3、托辊，4、溶液槽，5、导辊，6、烘干器，7、导辊，8、挤出机，9、复合模具，10、冷却定型器，11、牵引机，12卷取机。
具体实施方式
本发明提出了一种增强复合带及其该复合带的制备方法，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明所用原料均可通过商业渠道购买得到。
本发明增强复合带，它以玻璃纤维、活化剂和聚合物为原料，首先活化剂包覆在玻璃纤维表面，其次包覆有活化剂的玻璃纤维与聚合物进行复合、进而拉制成复合带，本发明制备得到的复合带可承受拉力为2500～20000N。
上述增强复合带的制备方法，包括以下步骤：
a、对玻璃纤维进行预处理：多根玻璃纤维经过恒张力器进行处理，使得玻璃纤维的张紧度一致；
b、对玻璃纤维表面进行活化：将步骤a中预处理后的玻璃纤维经过放置有活化剂的溶液槽进行浸润，使其表面均匀包覆有活化剂；
c、烘干：步骤b中包覆有活化剂的玻璃纤维通过烘干器进行烘干；
d、复合成型：步骤c中烘干后的包覆有活化剂的玻璃纤维进入复合模具中，挤出机将聚合物熔融挤出，挤出的聚合物进入所述复合模具中，在复合模具中聚合物包覆在带有活化剂的玻璃纤维上，然后经过冷却、牵引、卷取成卷，得到成品增强复合带。
实施例1：
一种增强复合带的制备方法，包括以下步骤：
对玻璃纤维进行预处理：选用高强度玻璃纤维长丝，本发明优选玻璃纤维型号为T911，600Tex，其中每根玻璃纤维其拉伸强度为1000～2000MPa、其直径为9-24μm，准备50个玻璃纤维锭子，并将其放置在锭子架上，玻璃纤维固定在锭子架上并向下经过恒张力器，经恒张力器处理后使得玻璃纤维的张紧度一致；
对玻璃纤维表面进行活化：经过恒张力器处理后的玻璃纤维经托辊进入溶液槽浸润，溶液槽内盛有活化剂，本发明优选活化剂为硅烷偶联剂，活化温度优选设定为50℃，玻璃纤维与活化剂充分接触后，其表面均匀包覆活化剂；
烘干：玻璃纤维经过烘干器，烘干温度设定为120℃，烘干后的玻璃纤维与硅烷偶联剂结合牢固；
复合成型：烘干后的玻璃纤维进入复合模具，与复合模具侧端相连的挤出机将聚乙烯熔融挤出，本发明优选挤出机各区温度分别设定为100℃、120℃、140℃、160℃，模口温度设定在160℃，主机转速500r/min，在复合模具中熔融的聚乙烯包覆在活化后的玻璃纤维上，复合模具设定将复合带的宽设定为200mm、厚度设定为0.3mm，将上述复合成型的玻璃纤维聚合物进行冷却定型，冷却定型器的后方连接有牵引机，牵引机后方连接卷取机，经过冷却和牵引，牵引机提供整套设备的动力，最后卷取成卷，每卷长度为2000m，得到成品增强复合带。
本实施例制备得到的复合带长度为2000m，宽度为200mm，厚度为0.3mm，经检测，该复合带可承受拉力大于11000N，玻璃纤维拉力保留率大于70%。
实施例2：
一种增强复合带的制备方法，包括以下步骤：
对玻璃纤维进行预处理：选用高强度玻璃纤维长丝，本发明优选玻璃纤维型号为T911，1200Tex，准备10个玻璃纤维锭子，并将其放置在锭子架上，玻璃纤维固定在锭子架上，并向下经过恒张力器，恒张力器可以使玻璃纤维的张紧度一致；
对玻璃纤维表面进行活化：经过恒张力器处理后的玻璃纤维经托辊进入溶液槽浸润，溶液槽内盛有活化剂，本发明优选活化剂为硅烷偶联剂，活化温度优选设定为50℃，玻璃纤维与活化剂充分接触后，其表面均匀包覆活化剂；
烘干：玻璃纤维经过烘干器，烘干温度设定为120℃，烘干后的玻璃纤维与硅烷偶联剂结合牢固；
复合成型：烘干后的玻璃纤维进入复合模具，与复合模具侧端相连的挤出机将聚酰胺熔融挤出，本发明优选挤出机各区温度分别设定为150℃、190℃、210℃、230℃，模口温度设定在230℃，主机转速550r/min，在复合模具中熔融的聚酰胺包覆在活化后的玻璃纤维上，复合模具设定将复合带的宽设定为20mm、厚度设定为0.5mm，将上述复合成型的玻璃纤维聚合物进行冷却定型，冷却定型器的下方连接有牵引机，牵引机下方连接卷取机，经过冷却和牵引，牵引机提供整套设备的动力，最后卷取成卷，每卷长度设定为1000m，得到成品玻璃纤维复合带。
本实施例制备得到的复合带长度为1000m，宽度为20mm，厚度为0.5mm，经检测，该复合带可承受拉力大于2500N，玻璃纤维拉力保留率大于70%。
实施例3：
一种增强复合带的制备方法，包括以下步骤：
对玻璃纤维进行预处理：选用高强度玻璃纤维长丝，本发明优选玻璃纤维型号为T911，600Tex，准备50个玻璃纤维锭子，并将其放置在锭子架上，玻璃纤维固定在锭子架上，并向下经过恒张力器，恒张力器可以使玻璃纤维的张紧度一致；
对玻璃纤维表面进行活化：经过恒张力器处理后的玻璃纤维经托辊进入溶液槽浸润，溶液槽内盛有活化剂，本发明优选活化剂为硅烷偶联剂，活化温度优选设定为50℃，玻璃纤维与活化剂充分接触后，其表面均匀包覆活化剂；
烘干：玻璃纤维经过烘干器，烘干温度设定为120℃，烘干后的玻璃纤维与硅烷偶联剂结合牢固；
复合成型：烘干后的玻璃纤维进入复合模具，与复合模具侧端相连的挤出机将聚丙烯熔融挤出，本发明优选挤出机各区温度分别设定为100℃、130℃、150℃、170℃，模口温度设定在170℃，主机转速600r/min，在复合模具中熔融的聚丙烯包覆在活化后的玻璃纤维上，复合模具设定将复合带的宽设定为100mm、厚度设定为0.4mm，将上述复合成型的玻璃纤维聚合物进行冷却定型，冷却定型器的下方连接有牵引机，牵引机下方连接卷取机，经过冷却和牵引，牵引机提供整套设备的动力，最后卷取成卷，每卷长度设定为2000m，得到成品玻璃纤维复合带。
本实施例制备得到的复合带长度为2000m，宽度为100mm，厚度为0.4mm，经检测，该复合带可承受拉力大于11000N，玻璃纤维拉力保留率大于70%。
其它未举例的制备方法，在上述三个制备方法的指引下能显而易见的实现，此处不再冗述。
应当理解的是，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种增强复合带，其是由玻璃纤维、活化剂和聚合物为原料复合而成，其特征在于：所述复合带可承受拉力为2500-20000N，所述玻璃纤维拉力保留率为70%～80%。
2.根据权利要求1所述的一种增强复合带，其特征在于：所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺。
3.根据权利要求2所述的增强复合带的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
a、对玻璃纤维进行预处理：选用恒张力器对多根玻璃纤维进行处理，使得每根玻璃纤维的张紧度保持一致；
b、对玻璃纤维表面进行活化：将步骤a中预处理后的玻璃纤维经过放置有活化剂的溶液槽进行浸润，使其表面均匀包覆有活化剂；
c、烘干：将步骤b中包覆有活化剂的玻璃纤维通过烘干器进行烘干；
d、复合成型：步骤c中烘干后的包覆有活化剂的玻璃纤维进入复合模具，挤出机将聚合物熔融挤出，挤出的聚合物进入所述复合模具，在复合模具中聚合物包覆在带有活化剂的玻璃纤维上，然后经过冷却、牵引、卷取成卷，得到成品增强复合带。
4.根据权利要求3所述的增强复合带的制备方法，其特征在于：每根玻璃纤维其拉伸强度为1000～2000MPa、直径为9-24μm。
5.根据权利要求4所述的增强复合带的制备方法，其特征在于：所述步骤b中的活化剂为硅烷偶联剂，活化温度为50℃，浸润时间为20min。
6.根据权利要求5所述的增强复合带的制备方法，其特征在于：所述步骤c中烘干温度为120℃，烘干时间为20min。
7.制备如权利要求1或2所述的增强复合带的装置，其特征在于：所述装置包括：纤维输出机构、表面处理机构和复合成型机构；
所述纤维输出机构包括锭子架和恒张力器，所述恒张力器位于锭子架的后方；
所述表面处理机构包括溶液槽和烘干器，玻璃纤维经过上述恒张力器后进入溶液槽，所述溶液槽的后方连接烘干器；
所述复合成型机构包括复合模具、挤出机、冷却定型器、牵引机和卷取机，所述复合模具位于烘干器的后方，所述复合模具的侧端连接挤出机，烘干后的玻璃纤维与来自挤出机的熔融聚合物复合成型，所述复合模具的后方连接冷却定型器，用于将复合成型的玻璃纤维聚合物进行冷却定型，所述冷却定型器的后方连接有牵引机，所述牵引机提供整套装置的牵引力，所述牵引机后面连接卷取机，所述卷取机将冷却成型的复合带卷曲成卷。
8.根据权利要求7所述的用于制备增强复合带的装置，其特征在于：所述锭子架位于整套生产设备的开端，锭子架上可以放置多个玻璃纤维锭子。
9.根据权利要求7所述的用于制备增强复合带的装置，其特征在于：所述溶液槽与恒张力器之间设置有托辊，所述溶液槽与烘干器之间、烘干器与复合模具之间设置有导辊。
10.根据权利要求8所述的用于制备增强复合带的装置，其特征在于：所述溶液槽内设置有多个并排的滚轮，玻璃纤维在所述滚轮上依次通过；所述溶液槽周围设置有加热器和温度控制器。
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